COMO AS ESTRELAS RECÉM-NASCIDAS SE PREPARAM PARA O NASCIMENTO DOS PLANETAS 25 de fevereiro de 2020
O ALMA e o VLA observaram mais de 300 protoestrelas e seus jovens discos protoplanetários em Orionte. Esta imagem mostra um subconjunto de estrelas, incluindo alguns binários. Os dados do ALMA e do VLA complementam-se uns aos outros: o ALMA vê a estrutura do disco externo (a azul) e o VLA observa o disco interno e o núcleo estelar (laranja).
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello
Uma equipa internacional de astrónomos usou dois dos radiotelescópios mais poderosos do mundo para criar mais de trezentas imagens de discos de formação planetária em torno de estrelas muito jovens nas Nuvens de Orionte. Estas imagens revelam novos detalhes sobre os locais de nascimento dos planetas e sobre os estágios iniciais da formação estelar.
A maioria das estrelas do Universo é acompanhada por planetas. Estes planetas nascem em anéis de poeira e gás, chamados discos protoplanetários. Mesmo estrelas muito jovens estão cercadas por estes discos. Os astrónomos querem saber exatamente quando estes discos começam a se formar e qual o seu aspeto. Mas as estrelas jovens são muito fracas e existem densas nuvens de poeira e gás em seu redor, nos berçários estelares. Somente complexos de radiotelescópios altamente sensíveis conseguem localizar os pequenos discos em redor destas estrelas infantis por entre o material densamente compacto nestas nuvens.
Nesta nova investigação, os astrónomos apontaram o VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) da NSF (National Science Foundation) e o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) para uma região no espaço onde nascem muitas estrelas: as Nuvens Moleculares de Orionte. Este levantamento, de nome VANDAM (VLA/ALMA Nascent Disk and Multiplicity), é até à data o maior levantamento de estrelas jovens e dos seus discos.
As estrelas muito jovens, também chamadas protoestrelas, formam-se em nuvens de gás e poeira no espaço. O primeiro passo na formação de uma estrela é o colapso destas nuvens densas devido à gravidade. À medida que a nuvem colapsa, começa a girar - formando um disco achatado em torno da protoestrela. O material do disco continua a alimentar a estrela e a fazê-la crescer. Eventualmente, o material restante no disco deverá formar planetas.
Muitos aspetos destes primeiros estágios da formação estelar, e de como o disco se forma, ainda não são claros. Mas esta nova investigação fornece algumas pistas em falta, pois o VLA e o ALMA espiaram através das nuvens densas e observaram centenas de protoestrelas e seus discos em vários estágios de formação.
Jovens discos de formação planetária
"Este levantamento revelou a massa e o tamanho médio destes discos protoplanetários muito jovens," disse John Tobin, do NRAO (National Radio Astronomy Observatory) em Charlottesville, no estado norte-americano da Virgínia, e líder da equipa científica. "Agora podemos compará-los com discos mais antigos que também foram estudados intensivamente com o ALMA."
O que Tobin e a sua equipa descobriram, é que discos muito jovens podem ter tamanho semelhante, mas são, em média, muito mais massivos do que os discos mais antigos. "Quando uma estrela cresce, consome cada vez mais material do disco. Isto significa que os discos mais jovens têm muito mais matéria-prima da qual os planetas podem formar-se. Possivelmente já começaram a ser formados, em torno de estrelas muito jovens, planetas maiores."
Quatro protoestrelas especiais
Entre as centenas de imagens deste levantamento, quatro protoestrelas parecem diferentes das outras e chamaram a atenção dos cientistas. "Estas estrelas recém-nascidas pareciam muito irregulares e desajeitadas," disse Nicole Karnath, membro da equipa e da Universidade de Toledo, Ohio (agora no Centro Científico do SOFIA). "Pensamos que estão num dos estágios mais iniciais da formação estelar e algumas talvez ainda nem se tenham transformado em protoestrelas."
A descoberta destes quatro objetos, pelos cientistas, é especial. "Raramente encontramos mais do que um objeto irregular numa observação," acrescentou Karnath, que usou quatro destas estrelas infantis para propor um caminho esquemático para os estágios iniciais da formação estelar. "Não temos a certeza da sua idade, mas têm provavelmente menos de dez mil anos."
Para serem definidas como uma típica protoestrela (classe 0), as estrelas não devem apenas ter um disco giratório achatado em seu redor, mas também um fluxo - expelindo material em direções opostas - que limpa a nuvem densa em torno das estrelas e as torna oticamente visíveis. Este fluxo é importante, porque impede que as estrelas descontrolem a sua rotação enquanto crescem. Mas exatamente quando é que estes fluxos começam, é uma questão em aberto na astronomia.
Uma das estrelas infantis neste estudo, chamada HOPS 404, possui um fluxo de apenas dois quilómetros por segundo (um típico fluxo protoestelar tem 10-100 km/s). "É um grande sol inchado que ainda está a acumular muita massa e que apenas começou o seu fluxo para perder momento angular e assim continuar a crescer," explicou Karnath. "Este é um dos fluxos mais pequenos que já vimos e apoia a nossa teoria do aspeto do primeiro passo na formação de uma protoestrela."
Combinando o ALMA e o VLA
A excelente resolução e sensibilidade desta investigação, fornecidas pelo ALMA e pelo VLA, foram cruciais para entender as regiões exteriores e interiores das protoestrelas e dos seus discos. Embora o ALMA possa examinar em grande detalhe o material denso e empoeirado em torno de protoestrelas, as imagens do VLA obtidas a maiores comprimentos de onda foram essenciais para entender as estruturas internas das protoestrelas mais jovens a escalas mais pequenas do que o nosso Sistema Solar.
"A combinação do ALMA e do VLA deu-nos o melhor dos dois mundos," disse Tobin. "Graças a estes telescópios, começamos a entender o início da formação planetária."
As Nuvens Moleculares de Orionte (a azul, vistas com o Herschel) estão localizadas na direção da constelação de Orionte. Os pontos vermelhos mostram as posições das protoestrelas observadas no levantamento VANDAM.
Crédito: UAI; revista Sky & Telescope; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello; Herschel/ESA; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin
Esta imagem mostra as Nuvens Moleculares de Orionte, o alvo do levantamento VANDAM. Os pontos amarelos são as posições das protoestrelas observadas numa imagem de fundo obtida pelo Herschel. As inserções mostram nove jovens protoestrelas capturadas pelo ALMA (azul) e pelo VLA (laranja).
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello; Herschel/ESA
Este esquema mostra um percurso proposto (linha superior) para a formação das protoestrelas, com base em quatro protoestrelas muito jovens (linha inferior) observadas pelo VLA (laranja) e pelo ALMA (azul). O passo 1 representa o fragmento colapsante de poeira e gás. No passo 2, começa a formar-se na nuvem uma região opaca. No terceiro estágio, começa a formar-se um núcleo hidrostático devido a um aumento na pressão e na temperatura, rodeado por uma estrutura em forma de disco e o início de um fluxo. O passo 4 ilustra a formação de uma protoestrela de classo 0 dentro da região opaca, que poderá ter um disco giratório e fluxos mais bem definidos. O passo 5 é uma típica protoestrela de classe 0 com fluxos que penetraram o invólucro (tornando-o oticamente visível), com um disco giratório e acreção ativa. Na linha inferior, os contornos brancos são os fluxos protoestelares vistos pelo ALMA.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), N. Karnath; NRAO/AUI/NSF, B. Saxton e S. Dagnello
